Hinh 3.15 * Công suất tín hiệu ra Pr
3.2.1.Yêu cầu thiết kế
Thiết kế bộ khuếch đại công suất thoả mãn các yêu cầu sau: - Công suât tín hiệu ra cực đại trên tải là Pmax=500mW
- Trở kháng tải là Rt = 100 Ω
- Sử dụng nguồn nuôi một chiều 20 V/ 650mW - Tín hiệu ra không đợc méo so với tín hiệu vào
3.2.2. Các bớc tính toán thiết kế
Bớc 1: Lựa chọn sơ đồ bộ khuếch đại
Hiệu suất yêu cầu của bộ khuếch đại này là: 7.8
650500 500 = = = O r P P η %
Ta thấy rằng với hiệu suất này thì tầng khuếch đại phải làm việc ở chế độ B hoặc chế độ AB vì vậy tín hiệu ra sẽ bị méo so với tín hiệu vào.Ta cần khắc phục bằng cách mắc tranzito thích hợp. Đối với bài toán này ta sẽ sử dụng tầng khuếch đại công suất đẩy kéo không biến áp ra, dùng 2 tranzito khác nhau PNP và NPN
* Sơ đồ tầng khuếch đại
UV C1 C1 C2 R t R2 Đ2 Đ1 R1 T2 T1 UCC
Hình 3.17
Bớc 2: Giải thích nguyên lý làm việc của mạch theo sơ đồ:
Hai tranzito trong sơ đồ mắc theo kiểu mạch lặp emitơ,chỉ có một nguồn cung cấp vì vậy để có tín hiệu ra cực đại thì điên áp trên mỗi emitơ là:
U UCC V
E 10
2 =
=
Do đó : điện áp trên cực bazơ của T1 là: UBT1=UE+UBE=10 + 0,5=10,5 V Điện áp trên cực bazơ của T2 là : UBT2=UE- UBE= 10 - 0,5 =9,5 V
Khi UV > 0 T2 ngắt ,T1 thông. Điện áp trên emitơ biến thiên theo điên áp vào. Điện áp trên tải biến thiên từ (0ữ10)V . Tụ C2 đợcnạp điện đến giá trị 10V. Khi UV < 0 T2 thông, T1 ngắt,tụ C2 phóng điện lúc này C2 đóngvai trò là nguồn cung cấp cho T2. Điện áp trên tải thay đổi từ (0ữ-10) V
Trong nửa chu kỳ âm của tín hiệu vào năng lợng tích trử trên tải rất nhỏ so với năng lợng tích trử trên tụ C2, khi UV < 0 tụ C2 phóngđiện chậm do đó điện áp trên C2 hầu nh không đổi
Ta sử dụng hai điốt Đ1,Đ2 loại silic có điện áp tiếp xúc từ (0,5ữ0,6)V nhằm tạo ra tổng điện áp trên hai cực bazơ của T1,T2 là UB1B2= (1ữ1,2)V. Ngoài ra điện trở vi phân lúc mở của Đ1, Đ2 đủ nhỏ nên mạch vào không làm tổn hao công suất, góp phần nâng cao hiệu suất của tầng khuếch đại.
Bớc 3: Xác định chế độ làm việc
Trong mạch này ta sử dụng hai loại tranzito đó là: 2N2219A(loại NPN) và loại 2N2905A(loại PNP ). Chế độ làm việc đợc xác định trên đặc tuyên ra của tranzito. Vì vậy sau khi khảo sát đặc tuyến ra( tơng tự mục 3.1) ta chon chế độ làm việc là chế độ AB ứng với giá trị dòng IB và ICvà cỡ àA. Nh vậy ta sẽ chọn
dòng phân cực qua R1 R2 là I = 1mA
R1= R2 = 9,5 10 5 , 0 10 2 3 = − = − − I U U DT CC kΩ
Để đơn giản cho việc lựa chọn linh kiện ta chọn R1=R2=10 kΩ
Chọn các tụ điên C1 C2 có điện dung đủ lớn sao cho trở kháng của nó bằng 0 tại tần số làm việc. Ta chọn C1 = C2= 10àF
3.2.3. Mô phỏng kết quả trên phần mềm CircuitMaker
- Khảo sát ở chế độ tĩnh +Sơ đồ khảo sát
Hình 3.18 +Các kết quả mô phỏng :
* Dòng điện vào cực bazơ của T1: IB1 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Hình3.19 * Dòng điện vào cực bazơ của T2: IB2
+20V 2N2905A 2N2905A 2N2219A D1 100HF140PV D2 100HF140PV 10k 10k
0.000us 1.000us 2.000us 3.000us 4.000us 5.000us 170.0pA 150.0pA 130.0pA 110.0pA 90.00pA A: q2[ib] 12.03nA 12.01nA 11.99nA A: q1[ib]
Hình 3.20
* Nhận xét : Tầng khuếch đại hoạt động ở chế độ AB nên dòng IB1,IB2 là rất nhỏ IB1= 100pA , IB2=12,01 nA .Nhìn trên đồ thị ta thấy đồ thị không phải là đờng thẳng vì nguồn phát không tuyệt đối ổn định, tín hiệu này quá nhỏ nên máy tính phải phân tích chính xác và nó đã phân tích đợc nhiễu của nguồn phát. Trong khoảng thời gian 0,1às xảy ra quá trình quá độ, quá trình này ở hai
dòng IB1, IB2 xảy ra ngợc nhau. * Các kết quả khác:
UB1= 10,387 V ; UB2= 9,612 V ; UE1=UE2= 9,899 V -Khảo sát ở chế độ khuếch đại ( khi có tín hiệu vào )
+ Sơ đồ khảo sát
Hình 3.21 + Các kết quả mô phỏng :
* Tín hiệu điện áp ra trên tải Ur
D2100HF140PV 100HF140PV D1 100HF140PV 10uF 10uF 2N2219A 2N2905A +20V 13kHz -8/8V 100 10k 10k 7.500 V 2.500 V -2.500 V A: c2_2
Hình 3.22 * Tín hiệu dòng điện IE1
Hình 3.23 * Tín hiệu dòng điện IE2
Hình 3.24 * Tín hiệu dòng điện trên tải
Hình 3.25 * Công suất ra trên tải
0.000us 100.0us 200.0us 300.0us 400.0us
75.00mA
25.00mA
-25.00mA
-75.00mA A: r5[i]
0.000us 100.0us 200.0us 300.0us 400.0us 20.00mA 0.000mA -20.00mA -40.00mA -60.00mA -80.00mA A: q1[ie]
0.000us 100.0us 200.0us 300.0us 400.0us
10.000mA -10.00mA -30.00mA -50.00mA -70.00mA A: q2[ie] 500.0mW 400.0mW 300.0mW 200.0mW 100.00mW A: r5[p]
* Nhận xét: Từ đồ thị ở các hình trên ta thấy:
Dòng điện ở trên tải chính là tổng hợp của 2 dòng IE1 và IE2 tức là ứng với nửa chu kỳ dơng dòng điện trên tải là dòng IE1, với nửa chu kỳ âm dòng điện trên tải là dòng IE2
Công suất ra trên tải đạt đợc giá trị 500 mW
Các tín hiệu lấy ra : dòng điện, điên áp, công suất đều có dạng hình sin tức là tín hiệu ra không bị méo so với tín hiệu vào
Kết luận
Qua quá trình thực hiện đề tài "Nghiên cứu thiết kế mạch khuếch đại công suất dùng tranzito lỡng cực" tôi thấy rằng đây là một vấn đề tơng đối phức tạp nhng cũng rất thú vị. Nội dung đề tài chỉ là một phần nhỏ trong vấn đề khuếch đại công suất. Vì vậy trong thời gian tới tôi sẽ tiếp tục nghiên cứu để mở rộng đề tài này. Đề tài nghiên cứu có sử dụng phần mềm CircuitMaker để mô phỏng mạch điện trên máy tính. Đây cũng chính là một vấn đề mà tôi muốn đề cập đến, đó là vấn đề sử dụng công nghệ thông tin trong việc chế tạo các mạch điện tử. Nó đem lại thuận lợi về thời gian và chi phí mua linh kiện. Tôi hy vọng đây là một phơng pháp có thể sử dụng để giảng dạy thí nghiệm kỹ thuật điện tử ở khoa Vật lý chúng ta. Khi mà điều kiện vật chất để mua sắm dụng cụ thí nghiệm còn hạn chế.
Nhìn chung đề tài đã đạt đợc mục đích nghiên cứu mà đề tài đảm nhận. Tuy nhiên do thời gian và năng lực có hạn, đề tài hoàn thành không thể không mắc phải những thiếu sót. Rất mong sự góp ý giúp đỡ của bạn đọc để đề tài đợc hoàn thiện hơn. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Trong quá trình thực hiện đề tài tôi đã gặp rất nhiều khó khăn và đợc sự giúp đỡ tận tình của các thầy cô giáo. Điều đó giúp tôi học hỏi đợc nhiều kinh nghiệm, nó sẽ là hành trang để tôi bớc vào đời. Qua đây tôi xin chân thành cảm ơn sự hớng dẫn tận tình và của thầy giáo TS. Nguyễn Hoa L, sự giúp đỡ của thầy giáo Phạm Mạnh Toàn ở khoa Công Nghệ, các thầy cô giáo trong khoa Vật Lý cùng bạn bè và ngời thân đã động viên, tạo mọi điều kiện giúp tôi hoàn thành đề tài này.
Tài liệu tham khảo
[1] Kĩ thuật điện tử Đỗ Xuân Thụ [2] Kĩ thuật mạch điện tử Phạm Minh Hà [3] Cơ sở kĩ thuật khuếch đại Nguyễn Đức Phong [4] Vô tuyến điện tử Đỗ Thúc Huy [5] Mạch điện ứng dụng Nguyễn Ngọc ánh [6] Dụng cụ bán dẫn Đỗ Xuân Thụ [7] Vi điện tử Đỗ Xuân Thụ